Question

10．已知硫-氨热化学循环分解水的示意图如图1：

（1）从反应物和生成物的角度来看反应I属于ab（填序号）．
a．离子反应    b．化合反应     c．中和反应      d．氧化还原反应
（2）反应II是将太阳能转化为电能，再进行电解，电解池阳极的反应式是SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺．
（3）反应IV是由（a）、（b）两步反应组成：
H₂SO₄（l）═SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1    （a）
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ•mol^-1    （b）
H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1     （c）
H₂SO₄（l）分解为SO₂（g）、O₂（g）及H₂O（l）的热化学方程式为：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ•mol^-1．
提高H₂SO₄（l）的分解率的方法是（写两种）升高温度和及时分离SO₂或O₂．
（4）恒温恒容的密闭容器中进行不同温度下的SO₃分解实验[原理按反应（b）]．SO₃起始物质的量均为dmol，图2中L曲线为SO₃的平衡转化率与温度的关系，M曲线表示不同温度下反应经过相同反应时间且未达到化学平衡时SO₃的转化率．
①Y点对应温度下的反应速率：v_（正）＞v_（逆）（选填：＞，＜，=）；随温度的升高，M曲线逼近L曲线的原因是：温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短（或温度升高，反应速率加快，相同时间内更快达到平衡）
②若X点时总压为0.1MPa，列式计算SO₃分解反应在图中X点的平衡常数Kp=0.052MPa（用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数，保留2位有效数字）．

Answer 1

分析 （1）反应1是二氧化硫和氨气在水中反应生成亚硫酸铵的反应；
（2）据图分析，反应Ⅱ是太阳能转化为电能，电解亚硫酸铵生成硫酸铵和氢气；
（3）利用已知热化学方程式，据盖斯定律书写H₂SO₄（l）分解为SO₂（g）、O₂（g）及H₂O（l）的热化学方程式；根据平衡移动考虑提高H₂SO₄（l）的分解率的方法；
（4）①Y点时反应还没有达到平衡状态，正向进行；温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快；
②利用三段式计算平衡时各组分物质的量，利用压强之比等于物质的量之比计算平衡时总压强，再计算各组分分压，根据Kp=$\frac{{p}^{2}（S{O}_{2}）•p（{O}_{2}）}{{p}^{2}（S{O}_{3}）}$计算．

解答 解：（1）反应1是二氧化硫和氨气在水中反应生成亚硫酸铵的反应，反应的离子方程式为SO₂+H₂O+2NH₃=2NH₄⁺+SO₃^2-，属于离子反应和化合反应，
故答案为：ab；
（2）反应Ⅱ是太阳能转化为电能，电解亚硫酸铵生成硫酸铵和氢气，阳极上是亚硫酸根离子得到电子生成硫酸根离子，电极反应为：SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺，
故答案为；SO₃^2--2e^-+H₂O=SO₄^2-+2H⁺；
（3）已知H₂SO₄（l）=SO₃（g）+H₂O（g）△H=+177kJ•mol^-1…（a）
2SO₃（g）?2SO₂（g）+O₂（g）△H=+196kJ•mol^-1…（b）
H₂O（l）═H₂O（g）△H=+44kJ•mol^-1     （c）
据盖斯定律，2a+b-2c得：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ•mol^-1；
升高温度和及时分离SO₂或O₂都是提高H₂SO₄（l）的分解率方法，
故答案为：2H₂SO₄（l）?2SO₂（g）+O₂（g）+2H₂O（l）△H=+462kJ•mol^-1；升高温度和及时分离SO₂或O₂；
（4）①Y点时反应还没有达到平衡状态，正向进行，所以正反应速率大于逆反应速率，温度的升高，曲线b向曲线a逼近，反应速率加快，达到平衡时的时间缩短，
故答案为：＞；温度升高，反应速率加快，达到平衡所需的时间缩短（或温度升高，反应速率加快，相同时间内更快达到平衡）；
（5）起始时充入dmol SO₃反应体系起始总压强0.1MPa．反应在一定的温度下达到平衡时SO₃的转化率为60%，转化的二氧化硫为dmol×0.6=0.6dmol，则：
                     2 SO₃（g）?2SO₂ （g）+O₂ （g）
起始量（mol）：d               0                 0
变化量（mol）：0.6d        0.6d             0.3d
平衡量（mol）：0.4d         0.6d            0.3d
恒温恒容下，平衡时总压强为0.1MPa×$\frac{（0.4d+0.6d+0.3d）mol}{dmol}$=0.13MPa，
故Kp=$\frac{{p}^{2}（S{O}_{2}）•p（{O}_{2}）}{{p}^{2}（S{O}_{3}）}$=$\frac{（0..1MPa×\frac{0.6}{1.3}）^{2}×0.1MPa×\frac{0.3}{1.3}}{（0.1MPa×\frac{0.4}{1.3}）^{2}}$=0.052MPa，
故答案为：0.052MPa．

点评 本题考查化学平衡计算、化学平衡图象、化学反应中能量变化、原电池电极反应式、元素化合物性质等，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，难度中等．